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专利号: 202411382285X
申请人: 西南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种带路径规划及水下地形识别的智能机器人赶鱼装置,其特征在于:包括电栅,所述电栅包括浮于水面的水面端和连接多个水下机器人于水下行进的水下端;所述水面端与水下端通过多列软钢丝绳连接;所述水面端设有发电机、高压脉冲设备、主控模块、水面摄像头和左右推进器;所述水下端的水下机器人包括机器人本体、角度传感器、深度传感器、GPS模块和红外摄像头;还包括远程控制模块;

所述发电机用于为各装置模块供电;所述高压脉冲设备用于为软钢丝绳施加高压脉冲电流;所述水面摄像头用于采集水面图像;所述机器人本体用于带动电栅水下端移动;所述角度传感器用于检测机器人本体姿态信息;所述深度传感器用于检测机器人本体所处深度;所述红外摄像头用于采集机器人本体周围环境信息;所述主控模块与水面摄像头、左右推进器及水下机器人连接,用于接收水面摄像头和水下机器人传回的图像信息、角度信息、深度信息和位置信息,利用mmsegmentation语义分割算法计算水底环境画面,发送给远程主控模块;所述远程控制模块用于接收主控模块发送的画面、路径信息,实现状态监测、人工控制设定路径功能。

2.根据权利要求1所述的带路径规划及水下地形识别的智能机器人赶鱼装置,其特征在于:所述主控模块利用mmsegmentation语义分割算法计算水底环境画面的具体步骤如下:A1:输入阶段,水下机器人通过红外摄像头捕获水下环境的实时图像;

A2:预处理阶段,对捕获的图像进行降噪、图像增强处理;所述图像增强选用直方图均衡化,其计算公式为:其中,Iout(x,y)是输出图像在(x,y)点的强度值;Iin(x,y)是输入图像在(x,y)点的强度值;L是像素强度的可能值的数量;N是图像中像素的总数。H(k)是累积直方图,表示强度值为k或更小的像素数量;

A3:语义分割阶段,利用mmsegmentation语义分割算法对预处理后的图像进行语义分割,将图像中的水底环境划分为不同的区域;

A4:分析阶段,根据语义分割结果,识别出水下环境中的障碍物,并标记出安全区域;

A5:输出阶段,将语义分割结果和障碍物位置信息输出到主控模块,并传输给远程控制模块;

A6:避障阶段,根据输出的障碍物位置信息,通过控制水下机器人本体移动电栅水下端和通过控制左右推进器移动电栅水面端避开障碍物。

3.根据权利要求2所述的带路径规划及水下地形识别的智能机器人赶鱼装置,其特征在于:步骤A3中所述语义分割阶段,具体包括以下步骤:A31:构建深度学习模型,选择适合水下图像分割的网络架构;

A32:训练模型,使用标注好的水下图像数据集对深度学习模型进行训练,直至模型达到预设的分割效果,相关评价指标数值表现满足预期;

A33:模型优化,对训练好的模型进行剪枝、量化操作,以适应水下机器人的计算资源。

4.根据权利要求2所述的带路径规划及水下地形识别的智能机器人赶鱼装置,其特征在于:所述步骤A6中,控制水下机器人避开障碍物的方法是:根据语义分割得到障碍物信息,结合深度传感器、角度传感器给出水下机器人移动参数,进而给出避开障碍物的路径。

5.根据权利要求1所述的带路径规划及水下地形识别的智能机器人赶鱼装置,其特征在于:所述主控模块还具备动态路径规划功能,包括以下步骤:B1:输入阶段,主控模块接收GPS模块提供的水下机器人当前位置信息;

B2:数据处理阶段,主控模块分析历史路径数据,识别出水底环境条件较好区域对应路径;

B3:路径规划阶段,主控模块利用动态规划算法,结合当前位置信息和局部水底环境最优解,综合计算出最优路径;

B4:输出阶段,主控模块将计算出的最优路径输出到机器人本体;

B5:执行阶段,机器人本体按照最优路径行驶。

6.根据权利要求5所述的带路径规划及水下地形识别的智能机器人赶鱼装置,其特征在于:所述步骤B3中,路径规划阶段具体包括以下子步骤:B31:定义状态,将水下环境划分为若干个状态,每个状态代表一个可能的位置;

B32:定义转移,确定从一个状态转移到另一个状态的规则和代价:定义一个代价函数C(s,a,s′),它表示从状态s通过动作a转移到状态s′所花费的代价;

B33:计算最优路径,从初始状态开始,通过迭代计算,找到代价最小的路径,即最优路径,其计算数学公式为:其中,V(s)是状态s的值函数,代表从状态s开始到达目标状态的最小代价;A是可用动′作的集合,代表从当前状态s可以采取的所有可能动作;C(s,a,s)是从状态s通过动作a转′ ′ ′移到状态s的代价函数;γ是折扣因子,用于衡量未来奖励的当前价值;V(s)是状态s的值′函数,代表从状态s开始到达目标状态的最小代价。

7.根据权利要求1所述的带路径规划及水下地形识别的智能机器人赶鱼装置,其特征在于:所述软钢丝绳的中部和下部通过胶棒固定,从而将软钢丝绳划分为三段。

8.根据权利要求1所述的带路径规划及水下地形识别的智能机器人赶鱼装置,其特征在于:所述红外摄像头上设有用于补光的LED灯。